Тема 7- Жизненный цикл программного средства

Общие принципы разработки программных средств

Специфика разработки программных средств. Жизненный цикл программного средства. Понятие качества программного средства. Обеспечение надёжности — основной мотив разработки программного средства. Методы борьбы со сложностью. Обеспечение точности перевода. Преодоление барьера между пользователем и разработчиком. Обеспечение контроля правильности принимаемых решений.

 

Специфика разработки программных средств

 

Разработке программных средств присущ ряд специфических особенностей [1]:

• Прежде всего, следует отметить некоторое противостояние: неформальный характер требований к ПС (постановки задачи) и понятия ошибки в нем, но формализованный основной объект разработки — программы ПС. Тем самым разработка ПС содержит определенные этапы формализации, а переход от неформального к формальному существенно неформален.

• Разработка ПС носит существенно творческий характер (на каждом шаге приходится делать какой-либо выбор, принимать какое-либо решение), а не сводится к выполнению какой-либо последовательности регламентированных действий. Тем самым эта разработка ближе к процессу проектирования каких-либо сложных устройств, но никак не к их массовому производству. Этот творческий характер разработки ПС сохраняется до самого ее конца.

• Следует отметить также особенность продукта разработки. Он представляет собой некоторую совокупность текстов (т.е. статических объектов), смысл же (семантика) этих текстов выражается процессами обработки данных и действиями пользователей, запускающих эти процессы (т.е. является динамическим). Это предопределяет выбор разработчиком ряда специфичных приемов, методов и средств.

• Продукт разработки имеет и другую специфическую особенность: ПС при своем использовании (эксплуатации) не расходуется и не расходует используемых ресурсов.

Жизненный цикл программного средства

 

Под жизненным циклом ПС понимают весь период его разработки и эксплуатации (использования), начиная от момента возникновения замысла ПС и кончая прекращением всех видов его использования [1, 2, 3, 4]. Жизненный цикл включает все процессы создания и использования ПС (software process).

Различают следующие стадии жизненного цикла ПС (см. Рис. 1): разработку ПС, производство программных изделий (ПИ) и эксплуатацию ПС.

 

Рис. 1. Стадии и фазы жизненного цикла ПС.

 

Стадия разработки (development) ПС состоит из этапа его внешнего описания, этапа конструирования ПС, этапа кодирования (программирование в узком смысле) ПС и этапа аттестации ПС. Всем этим этапам сопутствуют процессы документирования и управление (management) разработкой ПС. Этапы конструирования и кодирования часто перекрываются, иногда довольно сильно. Это означает, что кодирование некоторых частей программного средства может быть начато до завершения этапа конструирования.

Внешнее описание (Requirements document) ПС является описанием его поведения с точки зрения внешнего по отношению к нему наблюдателю с фиксацией требований относительно его качества. Внешнее описание ПС начинается с определения требований к ПС со стороны пользователей (заказчика).

Конструирование (design) ПС охватывает процессы: разработку архитектуры ПС, разработку структур программ ПС и их детальную спецификацию.

Кодирование (coding) — создание текстов программ на языках программирования, их отладку с тестированием ПС.

На этапе аттестации ПС производится оценка качества ПС, после успешного завершения, которого разработка ПС считается законченной.

Программное изделие (ПИ) — экземпляр или копия, снятая с разработанного ПС.

Изготовление ПИ — это процесс генерации и/или воспроизведения (снятия копии) программ и программных документов ПС с целью их поставки пользователю для применения по назначению. Производство ПИ — это совокупность работ по обеспечению изготовления требуемого количества ПИ в установленные сроки [1]. Стадия производства ПС в жизненном цикле ПС является, по существу, вырожденной (несущественной), так как представляет рутинную работу, которая может быть выполнена автоматически и без ошибок. Этим она принципиально отличается от стадии производства различной техники. В связи с этим в литературе эту стадию, как правило, не включают в жизненный цикл ПС.

Стадия эксплуатации ПС охватывает процессы хранения, внедрения и сопровождения ПС, а также транспортировки и применения (operation) ПИ по своему назначению. Она состоит из двух параллельно проходящих фаз: фазы применения ПС и фазы сопровождения ПС [4, 5].

Применение (operation) ПС — это использование ПС для решения практических задач на компьютере путем выполнения ее программ.

Сопровождение (maintenance) ПС — это процесс сбора информации о его качестве в эксплуатации, устранения обнаруженных в нем ошибок, его доработки и модификации, а также извещения пользователей о внесенных в него изменениях [1, 4, 5].

ттттт

Каждое ПС должно выполнять определенные функции, т.е. делать то, что задумано. Хорошее ПС должно обладать еще целым рядом свойств, позволяющим успешно его использовать в течении длительного периода, т.е. обладать определенным качеством. Качество ПС — это совокупность его черт и характеристик, которые влияют на его способность удовлетворять заданные потребности пользователей [6]. Это не означает, что разные ПС должны обладать одной и той же совокупностью таких свойств в их высшей возможной степени. Этому препятствует тот факт, что повышение качества ПС по одному из таких свойств часто может быть достигнуто лишь ценой изменения стоимости, сроков завершения разработки и снижения качества этого ПС по другим его свойствам. Качество ПС является удовлетворительным, когда оно обладает указанными свойствами в такой степени, чтобы гарантировать успешное его использование.

Совокупность свойств ПС, которая образует удовлетворительное для пользователя качество ПС, зависит от условий и характера эксплуатации этого ПС, т.е. от позиции, с которой должно рассматриваться качество этого ПС. Поэтому при описании качества ПС должны быть, прежде всего, фиксированы критерии отбора требуемых свойств ПС. В настоящее время критериями качества ПС принято считать [6, 7, 8, 9, 10]:

• функциональность,

• надёжность,

• лёгкость применения,

• эффективность,

• сопровождаемость,

• мобильность.

Функциональность — это способность ПС выполнять набор функций, удовлетворяющих заданным или подразумеваемым потребностям пользователей. Набор указанных функций определяется во внешнем описании ПС.

Надежность подробно обсуждалась в первой лекции.

Лёгкость применения — это характеристики ПС, которые позволяют минимизировать усилия пользователя по подготовке исходных данных, применению ПС и оценке полученных результатов, а также вызывать положительные эмоции определённого или подразумеваемого пользователя.

Эффективность — это отношение уровня услуг, предоставляемых ПС пользователю при заданных условиях, к объему используемых ресурсов.

Сопровождаемость — это характеристики ПС, которые позволяют минимизировать усилия по внесению изменений для устранения в нём ошибок и по его модификации в соответствии с изменяющимися потребностями пользователей.

Мобильность — это способность ПС быть перенесенным из одной среды (окружения) в другую, в частности, с одной ЭВМ на другую.

Функциональность и надёжность являются обязательными критериями качества ПС, причём обеспечение надёжности будет красной нитью проходить по всем этапам и процессам разработки ПС. Остальные критерии используются в зависимости от потребностей пользователей в соответствии с требованиями к ПС — их обеспечение будет обсуждаться в подходящих разделах курса.

Rational Unified Process (RUP) – одна из лучших методологий разработки программного обеспечения, созданная в компании Rational Software. Основываясь на опыте многих успешных программных проектов, Унифицированный процесс позволяет создавать сложные программные системы, основываясь на индустриальных методах разработки. Одним из основных столпов, на которые опирается RUP, является процесс создания моделей при помощи унифицированного языка моделирования (UML). Эта статья о применении диаграмм UML в рабочем процессе разработки программных систем по методологии Rational Software. 

Ни для кого не секрет, что создание программного обеспечения – это сложный процесс, который, с одной стороны, имеет много общего с творчеством, а с другой, – хотя и высокодоходный, но и высокозатратный бизнес. Жестокая конкуренция на рынке вынуждает разработчиков к поиску более эффективных методов работы. Путей создания программных систем в еще более короткие сроки, с меньшими затратами и лучшим качеством. Сложность программ постоянно увеличивается. Еще недавно программные продукты могли быть созданы в обозримые сроки одиночками или, например, в IT-отделе автоматизируемого предприятия.

 Сейчас же одиночкам, создающим программы «на коленке» остается область небольших утилит и различных модулей расширения «тяжелых» программных продуктов. Будущее за индустриальным подходом к созданию ПО. В 1913 году Генри Форд запустил первый автомобильный конвейер, а в 90-х аналогичный конвейер стал применяться в сфере IT-технологий. Командная разработка требует совсем другого подхода и другой методологии, которая рано или поздно должна была быть создана.

Корпорация Rational Software (http://www.rational.com) выпустила на рынок структурированную базу знаний под названием Rational Unified Process (RUP)[1,2], которая представляет собой набор исчерпывающих рекомендаций для создания практически любых программных продуктов. Вобрав в себя опыт лучших разработок, RUP подробно рассказывает когда, кто и что должен делать в проекте, чтобы в результате получить программную систему с установленные сроки, с определенной функциональностью и в рамках отведенного бюджета.

Унифицированный процесс можно представить как сумму различных видов деятельности компании-разработчика, необходимых для перевода требований заказчика в программную систему. Систему, которая давала бы «значимый результат»[2] пользователям и выполняла бы именно то, что они от системы ожидают. Поэтому процесс управляется вариантами использования (Use Case) системы, или иначе – прецедентами.

Для реализации требований заказчика в установленные сроки, Унифицированный процесс разделяется на фазы, которые состоят из итераций, поэтому процесс еще называют итеративным и инкрементным. Каждая итерация проходит цикл основных работ и подводит разработчиков к конечной цели: созданию программной системы. В ходе итераций создаются промежуточные артефакты, которые требуются для успешного завершения проекта и вариант программной системы, который реализует некоторый набор функций, увеличивающийся от итерации к итерации. Фазы и основные потоки работ процесса показаны на рис. 1, там же даны примерные трудозатраты работ по фазам.

рис. 1 Фазы и потоки работ RUP

Нужно отметить, что на рис. 1 показаны только основные работы Унифицированного процесса. Например, работы по управлению деятельностью здесь не показаны, чтобы не загромождать диаграмму.

Вся разработка ПО рассматривается в RUP как процесс создания артефактов. Любой результат работы проекта, будь то исходные тексты, объектные модули, документы, передаваемые пользователю, модели – это подклассы всех артефактов проекта. Каждый член проектной группы создает свои артефакты и несет за них ответственность. Программист создает программу, руководитель — проектный план, а аналитик — модели системы. RUP позволяет определить когда, кому и какой артефакт необходимо создать, доработать или использовать.

Одним из интереснейших классов артефактов проекта являются модели, которые позволяют разработчикам определять, визуализировать, конструировать и документировать артефакты программных систем. Каждая модель является самодостаточным взглядом на разрабатываемую систему и предназначена как для очерчивания проблем, так и для предложения решения. Самодостаточность моделей означает, что аналитик или разработчик может из конкретной модели почерпнуть всю необходимую ему информацию, не обращаясь к другим источникам.

Модели позволяют рассмотреть будущую систему, ее объекты и их взаимодействие еще до вкладывания значительных средств в разработку, позволяют увидеть ее глазами будущих пользователей снаружи и разработчиков изнутри еще до создания первой строки исходного кода. Большинство моделей представляются UML диаграммами, подробнее об UML можно прочитать, например в [3].

Унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language) появился в конце 80-х в начале 90-х годов в основном благодаря усилиям «трех друзей» Гради Буча, Джима Рамбо и Ивара Якобсона. В настоящее время консорциум OMG принял этот язык как стандартный язык моделирования, который предоставляет разработчикам четкую нотацию, позволяющую отображать модели общепринятыми и понятными каждому члену проекта графическими элементами.

Однако не следует забывать, что язык моделирования дает только нотацию – инструмент описания и моделирования системы, а унифицированный процесс определяет методику использования этого инструмента, как впрочем, и других инструментов поддержки методологии от компании Rational. UML можно использовать и без конкретной методологии, поскольку он не зависит от процесса и какой бы вариант процесса не был бы применен, вы можете использовать диаграммы для документирования принятых в ходе разработки решений и отображения создаваемых моделей.

Программная система создается для решения определенных проблем пользователя, а не для опробования новых технологий программистами и получения опыта руководителем проекта. По большому счету, пользователю не важно используете ли вы в процессе разработки объектно-ориентированный подход, UML, RUP или создаете систему по методу XP (экстремального программирования) [4]. Применение тех или иных методик, технологий, создание оптимальной внутренней структуры проекта остается на совести разработчиков, которые принимают решения исходя из предыдущего опыта и собственных предпочтений. Однако пользователь не простит вам игнорирование его требований. Будь программная система хоть десять раз разработана при помощи суперсовременных методов и технологий, если пользователь не получит от нее то, что называется «значимым результатом», ваш программный проект с треском провалится.

Из этого следует, что бездумное применение UML, просто потому что это модно, не только не приведет разработку к успеху, но и может вызвать недовольство сотрудников, которым необходимо изучать большое количество дополнительной литературы и руководителей проекта, когда окажется, что трудозатраты на проекте возрастают, а отдача не повышается. Нужно четко представлять себе, что вы хотите получить от внедрения этой технологии и следовать этой цели. Применение UML экономит ресурсы разработки, поскольку позволяет получить представление о системе быстрее, чем при создании макетов и прототипов, затратив на это несравнимо меньше ресурсов.

Диаграммы позволяет легче общаться членам проекта между собой, и, что особенно ценно, вовлекают в процесс конечных пользователей системы. Моделирование позволяет уменьшить риски проекта, поскольку программистам всегда легче делать то, что ясно и понятно, чем идти к неопределенному результату. Создание диаграмм аналогично созданию проекта в строительстве – можно обойтись и без него, например, при строительстве сарая на дачном участке, однако, чем больше здание (в нашем случае программный продукт), тем труднее это делать и неопределеннее конечный результат.